[發明專利]一種基于壓縮感知的圖像加密方法

在審

• 申請號: 202310282431.0
• 申請日: 2023-03-22
• 公開（公告）號: CN116567159A
• 公開（公告）日: 2023-08-08
• 發明（設計）人: 胡婷;沈騫;劉艨霆;楊晟堯;臧建東
• 申請（專利權）人: 淮陰工學院
• 主分類號: H04N1/32
• 分類號: H04N1/32;H04L9/00
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 王安琪

本發明公開了一種基于壓縮感知的圖像加密方法，包括對輸入的圖像進行稀疏化和閾值處理，生成系數矩陣Psubgt;2/subgt;；利用二維離散Standard混沌系統生成混沌序列；利用混沌序列對系數矩陣Psubgt;2/subgt;作置亂處理，得到稀疏矩陣Psubgt;3/subgt;；構建大小為M×N的基于Welch界的測量矩陣；利用壓縮感知方法，通過測量矩陣對稀疏矩陣Psubgt;3/subgt;進行壓縮測量，得到實數矩陣Psubgt;4/subgt;；將實數矩陣Psubgt;4/subgt;進行量化，從而獲得中間密文圖像；對中間密文圖像進行動態DNA擴散，從而獲得最終的密文圖像。本發明解決了現有技術中加密算法加密圖像過程中數據量大、加密效率低、安全性低的問題。

技術領域

本發明涉及數字圖像加密技術領域，特別是涉及一種基于壓縮感知的圖像加密方法。

背景技術

計算機、互聯網和無線傳感等技術的應用和普及不斷促進圖像保密通信向著數字化、網絡化等方向發展，圖像的應用場景也越來越廣泛，重要信息更多的暴露在網絡環境中，故而圖像傳輸與存儲過程中面臨的安全問題越來越受人們的重視。為了防止圖像在存儲與傳輸過程中被第三方截獲，需要采取一定方式來保證圖像的安全性。目前圖像的安全性主要是通過對圖像進行加密來保障，現有技術中，加密技術如AES、DES等主要用來對文本信息加密，加密速度不快，而圖像數據較為龐大，現有加密技術很難對圖像進行快速而又安全的實時加密。

壓縮感知(Compressive?Sensing，CS)通過隨機降采樣的方式獲取信息，能夠同時完成信息采集與圖像壓縮，顯著提升系統的運行效率，極大減少數字圖像加密過程中所要處理的數據量。在基于壓縮感知的圖像壓縮加密算法中，通常采用DCT或DWT變換對明文圖像進行稀疏和線性測量處理，得到類紋理密文圖像，但這種方法得到的圖像抗統計攻擊能力差，易泄露明文信息。

發明內容

發明目的：本發明的目的是提供一種壓縮數字圖像的數據量、提高加密算法的安全性和效率的基于壓縮感知的圖像加密方法。

技術方案：為實現上述目的，本發明所述的一種基于壓縮感知的圖像加密方法，包含有以下步驟：

步驟S1：對輸入的圖像進行稀疏化和閾值處理，生成系數矩陣P₂；

步驟S2：利用二維離散Standard混沌系統生成用來提高圖像的加密效率的混沌序列；

步驟S3：利用混沌序列對系數矩陣P₂作置亂處理，以增加圖像的稀疏性，得到稀疏矩陣P₃；

步驟S4：構建大小為M×N的基于Welch界的測量矩陣；

步驟S5：利用壓縮感知方法，通過測量矩陣對稀疏矩陣P₃進行壓縮測量，以減少圖像數據量，得到實數矩陣P₄；

步驟S6：將實數矩陣P₄進行量化，從而獲得中間密文圖像；

步驟S7：對中間密文圖像進行動態DNA擴散，進一步提高算法的安全性，從而獲得最終的密文圖像。

其中，步驟S1所述的對輸入的圖像進行稀疏化和閾值處理，生成稀疏化的系數矩陣，具體為：對大小為N×N的明文圖像P進行二維離散小波變換，獲得大小為N×N的稀疏系數矩陣P₁，再對P₁進行閾值處理，將矩陣P₁中所有絕對值小于設定閾值的元素賦值為0，閾值處理后的系數矩陣為P₂。